本發(fā)明涉及一種空間相機(jī)熱調(diào)焦機(jī)構(gòu)，具體涉及一種基于熱電器件雙向控溫技術(shù)的可調(diào)精度空間相機(jī)調(diào)焦機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著空間技術(shù)的發(fā)展,空間光學(xué)相機(jī)在軍事和民用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。為獲得高清晰度的圖像，高性能空間相機(jī)或空間望遠(yuǎn)鏡需要通過(guò)調(diào)整次鏡、校正鏡或者探測(cè)器位置，以補(bǔ)償由于相機(jī)各部件尺寸失調(diào)造成的成像質(zhì)量下降，獲得最佳成像質(zhì)量。

調(diào)焦機(jī)構(gòu)需要依據(jù)調(diào)焦范圍、調(diào)焦精度、調(diào)焦時(shí)間等進(jìn)行針對(duì)性和適應(yīng)性設(shè)計(jì)，同時(shí)應(yīng)具備良好的空間環(huán)境適應(yīng)性及高可靠性。當(dāng)前空間光學(xué)相機(jī)大都采用機(jī)械式調(diào)焦機(jī)構(gòu),其原理為依靠電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)位移從而實(shí)現(xiàn)相機(jī)系統(tǒng)調(diào)焦。這類(lèi)調(diào)焦機(jī)構(gòu)往往傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜、加工裝配要求高難度大，存在大量運(yùn)動(dòng)部件，不利于長(zhǎng)壽命高可靠應(yīng)用，同時(shí)還存在調(diào)焦范圍受限及調(diào)焦精度單一的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決傳統(tǒng)的機(jī)械式調(diào)焦機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差、調(diào)節(jié)范圍和調(diào)焦精度單一等技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于熱電器件雙向控溫技術(shù)的大范圍可調(diào)精度空間相機(jī)調(diào)焦機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種基于熱電器件雙向閉環(huán)控溫技術(shù)的高可靠性大動(dòng)態(tài)范圍可調(diào)精度空間相機(jī)調(diào)焦機(jī)構(gòu)，其特殊之處在于：包括位移機(jī)構(gòu)、熱電制冷器和反饋控制系統(tǒng)；

所述位移機(jī)構(gòu)包括固定端和移動(dòng)端，所述移動(dòng)端連接需要調(diào)焦的光學(xué)元件；所述位移機(jī)構(gòu)可在溫度變化下產(chǎn)生伸縮變形；

所述熱電制冷器包括兩個(gè)控溫端面，其中一個(gè)控溫端面與位移機(jī)構(gòu)相連，另一個(gè)控溫端面連接一個(gè)輻射板；

所述反饋控制系統(tǒng)包括控制電路、位移傳感器和溫度傳感器；所述位移傳感器用于檢測(cè)所述光學(xué)元件的位移信息；所述溫度傳感器用于檢測(cè)所述位移機(jī)構(gòu)的溫度信息；所述控制電路根據(jù)所述位移信息和溫度信息控制熱電制冷器的輸入電流。

上述位移機(jī)構(gòu)的移動(dòng)端通過(guò)位移縮放機(jī)構(gòu)與所述光學(xué)元件相連。

上述位移縮放機(jī)構(gòu)包括一個(gè)傳動(dòng)導(dǎo)軌；傳動(dòng)導(dǎo)軌的兩端分別安裝可自由滑動(dòng)的一號(hào)滑塊和二號(hào)滑塊；所述位移機(jī)構(gòu)的移動(dòng)端與一號(hào)滑塊鉸接，所述光學(xué)元件與二號(hào)滑塊鉸接；所述傳動(dòng)導(dǎo)軌中間設(shè)置有固定點(diǎn)，傳動(dòng)導(dǎo)軌繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。

上述位移縮放機(jī)構(gòu)包括一個(gè)兩端可自由伸縮的傳動(dòng)桿；所述傳動(dòng)桿一端與位移機(jī)構(gòu)的移動(dòng)端鉸接，傳動(dòng)桿的另一端與所述光學(xué)元件鉸接；所述傳動(dòng)桿中間設(shè)置有固定點(diǎn)，傳動(dòng)桿繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。

上述固定點(diǎn)在傳動(dòng)桿上的位置可調(diào)，從而調(diào)節(jié)位移縮放比例，進(jìn)而調(diào)節(jié)位移分辨率和調(diào)焦精度。

上述輻射板由多個(gè)可折疊的面板構(gòu)成。從而可增大TEC熱電器件的溫度控制范圍，從而可以實(shí)現(xiàn)較大的位移控制范圍，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)較大的調(diào)焦范圍。

上述熱電制冷器為多個(gè)，每個(gè)熱電制冷器的控溫端面在位移機(jī)構(gòu)上均勻設(shè)置，提高溫度控制效率。

上述溫度傳感器為多個(gè)，均布于位移機(jī)構(gòu)上，以便更加準(zhǔn)確地檢測(cè)位移機(jī)構(gòu)上各部位的溫度信息。

還包括包裹于外側(cè)的隔熱層?？梢苑乐箿囟茸兓瘜?duì)光學(xué)系統(tǒng)或者CCD/CMOS接收器等元件的性能產(chǎn)生影響。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明采用基于高可靠性的熱電制冷器(TEC，Thermo-electric cooler)器件和結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單的位移縮放機(jī)構(gòu)，利用熱電制冷器可實(shí)現(xiàn)加熱和制冷雙向閉環(huán)溫度控制的特性，結(jié)合位移縮放機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)以同一套機(jī)構(gòu)滿足不同范圍和不同精度的位移調(diào)整，從而以一套調(diào)焦機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同范圍多種精度的調(diào)焦需求。由于減少了傳統(tǒng)機(jī)械式調(diào)焦機(jī)構(gòu)中的電機(jī)、蝸輪蝸桿、移動(dòng)平臺(tái)等復(fù)雜部件，因此提高了系統(tǒng)的可靠性，由于熱電制冷器可實(shí)現(xiàn)較大的溫度范圍控制，并結(jié)合位移縮放機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)大范圍多種精度的位移調(diào)節(jié)，提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)范圍，并實(shí)現(xiàn)了多種調(diào)焦精度的控制需求。

(2)本發(fā)明利用TEC閉環(huán)控溫系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)初級(jí)位移的精密控制和調(diào)節(jié)；然后通過(guò)位移縮放機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)二級(jí)位移的精密控制和調(diào)節(jié)。從而實(shí)現(xiàn)裝配制造簡(jiǎn)單、高可靠性、高精度、大范圍多種精度調(diào)節(jié)的調(diào)焦需求。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例三結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種基于TEC器件的位移調(diào)整機(jī)構(gòu)，主要解決了常規(guī)調(diào)焦機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)部件眾多、系統(tǒng)復(fù)雜、加工裝配難度大、低可靠性、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜及靈活性較差、調(diào)焦范圍和調(diào)焦精度單一等問(wèn)題。由于不需要復(fù)雜的機(jī)械調(diào)焦運(yùn)動(dòng)部件，可以大幅度降低生產(chǎn)、加工和裝配的難度，可靠性高。下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例一

參見(jiàn)圖1，本實(shí)施例的調(diào)焦機(jī)構(gòu)主要包括位移機(jī)構(gòu)1、熱電制冷器2和反饋控制系統(tǒng)3；位移機(jī)構(gòu)1包括固定端11和移動(dòng)端12，移動(dòng)端12連接需要調(diào)焦的光學(xué)元件4；當(dāng)位移機(jī)構(gòu)1在溫度變化下產(chǎn)生伸縮變形時(shí)，移動(dòng)端12便帶動(dòng)光學(xué)元件4水平伸縮，進(jìn)而達(dá)到調(diào)焦的目的。其中，位移機(jī)構(gòu)可以選用熱膨脹系數(shù)大的固體材料制成，例如鋁、銅、鐵等金屬材料或者碳纖維、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯等非金屬材料。位移機(jī)構(gòu)的形狀可以是桿狀或者管狀。

熱電制冷器2包括兩個(gè)控溫端面，其中一個(gè)控溫端面與位移機(jī)構(gòu)1相連(粘接或者通過(guò)其他導(dǎo)熱材料連接)，另一個(gè)控溫端面連接一個(gè)輻射板5。熱電制冷器可以是一個(gè)或者多個(gè)。當(dāng)熱電制冷器為多個(gè)時(shí)，每個(gè)熱電制冷器的控溫端面在位移機(jī)構(gòu)上均勻設(shè)置，提高溫度控制效率。

反饋控制系統(tǒng)3包括控制電路31、位移傳感器32和溫度傳感器33；位移傳感器32用于檢測(cè)光學(xué)元件4的位移信息；溫度傳感器33用于檢測(cè)位移機(jī)構(gòu)1的溫度信息。溫度傳感器可以是一個(gè)或者多個(gè)，均布于位移機(jī)構(gòu)上，以便更加準(zhǔn)確地檢測(cè)位移機(jī)構(gòu)上各部位的溫度信息?？刂齐娐?1根據(jù)接收到的位移信息和溫度信息控制熱電制冷器2的輸入電流，可以采用現(xiàn)有的反饋控制電路。

調(diào)焦機(jī)構(gòu)的外側(cè)包裹有隔熱層6，隔熱層由多層隔熱材料或者泡沫隔熱材料構(gòu)成，可以防止溫度變化對(duì)光學(xué)系統(tǒng)或者CCD/CMOS接收器等元件的性能產(chǎn)生影響。

輻射板5由多個(gè)可折疊的面板構(gòu)成，可以根據(jù)需要對(duì)其進(jìn)行不同程度的折疊或者展開(kāi)，調(diào)整其吸熱/散熱面積，控制吸熱/散熱速率。

在具體的工作過(guò)程中，熱電制冷器2在通入電流后，可從位移機(jī)構(gòu)1吸熱或者向其放熱。位移機(jī)構(gòu)1受熱便膨脹伸長(zhǎng)，受冷則收縮變短。通過(guò)改變輸入電流的方向可以使熱電制冷器的控溫端面吸熱或者放熱，改變輸入電流的大小則可以調(diào)整控溫端面的吸熱或放熱功率。因此可以根據(jù)需要對(duì)光學(xué)元件4的移動(dòng)方向和移動(dòng)幅度進(jìn)行自由調(diào)控，靈活方便且可靠性高。

實(shí)施例二

參見(jiàn)圖2，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例增加了位移縮放機(jī)構(gòu)，位移機(jī)構(gòu)的移動(dòng)端通過(guò)位移縮放機(jī)構(gòu)7與光學(xué)元件4相連。

位移縮放機(jī)構(gòu)7包括一個(gè)傳動(dòng)導(dǎo)軌71；傳動(dòng)導(dǎo)軌71的兩端分別安裝可自由滑動(dòng)的一號(hào)滑塊72和二號(hào)滑塊73；位移機(jī)構(gòu)的移動(dòng)端12與一號(hào)滑塊72鉸接，光學(xué)元件4與二號(hào)滑塊73鉸接；傳動(dòng)導(dǎo)軌71中間設(shè)置有固定點(diǎn)74，傳動(dòng)導(dǎo)軌繞固定點(diǎn)74轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)移動(dòng)端12在熱電制冷器2的作用下伸長(zhǎng)或縮短時(shí)，帶動(dòng)一號(hào)滑塊72產(chǎn)生水平位移，此時(shí)傳動(dòng)桿71繞固定點(diǎn)76轉(zhuǎn)動(dòng)，使一號(hào)滑塊72和二號(hào)滑塊73在傳動(dòng)導(dǎo)軌71上滑動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)光學(xué)元件4產(chǎn)生水平位移，達(dá)到調(diào)焦目的。傳動(dòng)桿71上可以設(shè)置多個(gè)縮放檔位，通過(guò)將固定點(diǎn)74設(shè)置在不同的縮放檔位上便可以得到不同比例的縮放系數(shù)，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)不同調(diào)焦精度的調(diào)節(jié)和控制。

實(shí)施例三

參見(jiàn)圖3，本實(shí)施例與實(shí)施例二的不同之處在于，位移縮放機(jī)構(gòu)8由一個(gè)兩端可自由伸縮的傳動(dòng)桿81構(gòu)成；傳動(dòng)桿81一端與位移機(jī)構(gòu)的移動(dòng)端12鉸接，傳動(dòng)桿81的另一端與光學(xué)元件4鉸接；傳動(dòng)桿81中間設(shè)置固定點(diǎn)82，傳動(dòng)桿81繞固定點(diǎn)82轉(zhuǎn)動(dòng)。移動(dòng)端12的水平移動(dòng)可以使傳動(dòng)桿81轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)光學(xué)元件4。傳動(dòng)桿81兩端均為伸縮結(jié)構(gòu)83(類(lèi)似自拍桿、雨傘等可自由伸縮變化長(zhǎng)短的裝置)，因此可以保持移動(dòng)端12和光學(xué)元件4的水平運(yùn)動(dòng)。